Identification of amino acids within the substrate binding region of organic cation transporters (OCTZs) that are involved in binding of corticosterone

• Main Author: Shatskaya, Natalia
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2006
• Subjects: Kation; Ionentransport; Bindestelle; Corticosteroide; Aminosäuren; ddc:570
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/1740; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20430; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20430; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/1740/Thesis_complete.pdf

The polyspecific organic cation transporters (OCT) are involved in the elimination and distribution of drugs, environmental toxins, and endogenous organic cations including monoamine neurotransmitters. Steroid hormones inhibit organic cation transport by the three OCT subtypes with different affinities showing distinct species difference; for example, the IC50 values for corticosterone inhibition of cation uptake by transporters rOCT1 and rOCT2 are ~150μM and ~4 μM, respectively. By introducing domains and amino acids from rOCT2 into rOCT1, we identified three amino acids in the presumed 10th TMD of rOCT2 which are responsible for the higher affinity of corticosterone in comparison to rOCT1. This is the first study which revealed the components of the binding site for corticosterone in OCTs. The evidence is presented that these amino acids (alanine 443, leucine 447, and glutamine 448 in rOCT1 and isoleucine 443, tyrosine 447, and glutamate 448 in rOCT2) are probably located within the substrate binding region of OCTs since the affinity of transported cations was increased together with the affinity of corticosterone. In the double mutant rOCT1(L447Y/Q448E) the IC50 value for the inhibition of [3H]MPP (0.1 μM) uptake by corticosterone (24 ± 4 μM) was significantly higher compared to the IC50 value for inhibition of [14C]TEA (10 μM) uptake (5.3 ± 1.7 μM), indicating an allosteric interaction between transported substrate and corticosterone. The data suggest that more than one compound can bind simultaneously to the substrate binding region. These results confirm previous suggestion that binding of substrates and inhibitors to OCTs involves interaction with a comparatively large surface that may include multiple binding domains rather than with a structurally restricted single binding site. === Die polyspezifischen Transporter für organische Kationen (OCT) spielen eine wichtige Rolle bei der Ausscheidung von Medikamenten, Toxinen und endogenen organischen Kationen, zu denen auch monoamine Neurotransmitter gehören. Der durch OCT vermittelte Transport von organischen Kationen kann von Steroidhormonen gehemmt werden, die für drei OCT Subtypen deutlich unterschiedliche Affinität aufweisen: Zum Beispiel, IC50 Werte der Hemmung des Transportes von organischen Kationen durch Corticosteron betragen ~ 150 μM für rOCT1 und ~ 4 μM für rOCT2. Mithilfe des Austausches von rOCT1 Domänen und einzelnen Aminosäuren gegen die entsprechenden Elemente des rOCT2 Moleküls haben wir in der 10th TMD von rOCT2 drei Aminosäuren identifiziert, die für die höhere Affinität des rOCT2 Transporters zu Corticosteron verantwortlich sind. In dieser Arbeit wurden zum ersten Mal die Aminosäuren identifiziert, die zu der Bindungsstelle eines OCT Transporters für Corticosteron gehören. Die Ergebnisse der Untersuchungen deuten darauf hin, dass diese drei Aminosäuren (Alanin 443, Leucin 447 und Glutamin 448 in rOCT1 und Isoleucin 443, Tyrosin 447 und Glutamat 448 in rOCT2) hochwahrscheinlich in der ubstratbindungstasche von OCT liegen, da zusammen mit der Erhöhung der Affinität zu Corticosteron stieg auch die Affinität zu transportierenden Substraten. Für die doppelte Mutante rOCT1(L447Y/Q448E) unterscheiden sich die IC50 Werte für die Hemmung des [3H]MPP (0,1 μM) und des [14C]TEA (10 μM) Transportes durch Corticosteron um Faktor 4 (24 ± 4 μM bzw. 5,3 ± 1,7 μM), was eine allosterische Interaktion zwischen transportierenden Substraten und Corticosteron vermuten lässt. Die Daten deuten darauf hin, dass mehr als eine Substanz sich gleichzeitig an die Substratbindungsregion binden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse bestätigen unsere vorigen Vorstellungen, dass die Bindung von Substraten und Hemmstoffen zu OCT die Interaktion mit der relativ großen Oberfläche des Proteins vorsieht, die vermutlich nicht auf eine einzige Bindungsstelle beschränkt ist, sondern eher mehrere Bindungsdomäne.